本發(fā)明屬于輸配電控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用模型預(yù)測控制的MMC裝置子模塊電容電壓平衡方法。
背景技術(shù)：
由于以光伏發(fā)電為代表的新能源具有分散性、間歇性等特點，若采用常規(guī)高壓直流輸電技術(shù)接入時會影響電力系統(tǒng)的并網(wǎng)穩(wěn)定性，導(dǎo)致功率波動。因此，為了使新能源以經(jīng)濟、環(huán)保、可靠的方式接入電網(wǎng)，提高新能源的區(qū)域優(yōu)化配置能力，必須開發(fā)安全可靠、高效率的柔性直流輸電技術(shù)。
基于電壓源型換流器的輕型直流輸電(VSC-HVDC)系統(tǒng)因其經(jīng)濟、靈活、高質(zhì)量、高可控性的輸電方式，能夠?qū)⒎稚㈦娫赐ㄟ^經(jīng)濟、環(huán)保的方式接入交流電網(wǎng)，成為國內(nèi)外研究的熱點。VSC-HVDC具有以下優(yōu)勢：
(1)能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制；
(2)能夠?qū)崿F(xiàn)無功補償；
(3)能夠?qū)崿F(xiàn)潮流的靈活控制等。
以VSC為關(guān)鍵技術(shù)的直流輸電系統(tǒng)，對VSC器件的耐壓等級及容量均要求較高。但現(xiàn)有的半導(dǎo)體功率器件的耐壓水平和電流容量均難以滿足要求，因此，目前多采用適當(dāng)?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)來提高VSC系統(tǒng)的耐壓水平。由于隨著變換器電平數(shù)增多可改善系統(tǒng)輸出性能，降低開關(guān)頻率，因此，采用模塊化多電平結(jié)構(gòu)的電壓源型換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)成為目前電力系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點。
MMC結(jié)構(gòu)能夠大大增加變流器輸出電平數(shù)，相較于其他多電平變流器，具有以下優(yōu)點：
(1)MMC子模塊的結(jié)構(gòu)、參數(shù)相同，易于擴展；
(2)MMC避免了開關(guān)器件直接串聯(lián)，從而不存在功率器件直接串聯(lián)帶來的靜態(tài)和動態(tài)均壓問題；
(3)MMC每相可以獨立運行；
(4)MMC的子模塊結(jié)構(gòu)簡單，相對易于控制。
目前MMC-HVDC的控制系統(tǒng)多采用PI調(diào)節(jié)器，也有部分文獻(xiàn)提出采用PR調(diào)節(jié)器，當(dāng)系統(tǒng)運行狀態(tài)發(fā)生變化時，難以確保MMC-HVDC系統(tǒng)的暫態(tài)性能，且難以消除換流器非線性特性帶來的影響。隨著微處理器性能的逐步提升，模型預(yù)測控制(Model Predictive Control，MPC)因其出色的動態(tài)特性、易于實現(xiàn)多目標(biāo)控制、包含系統(tǒng)的非線性因素等優(yōu)點，在MMC-HVDC領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。
目前關(guān)于MPC在MMC-HVDC中的應(yīng)用主要包括以下內(nèi)容：
(1)以交流側(cè)電流質(zhì)量、環(huán)流抑制、子模塊均壓為綜合控制目標(biāo)的MPC方法，需要考慮種子模塊投入組合，并且隨著子模塊數(shù)量的增多，計算量呈幾何數(shù)增加；
(2)為了減少MPC所帶來的龐大計算量，只引入一個控制目標(biāo)，與傳統(tǒng)PR或PI控制相比，雖然有效改善了系統(tǒng)的暫態(tài)性能，但其他性能卻難以保證。
(3)根據(jù)不同的開關(guān)狀態(tài)組合來預(yù)測系統(tǒng)的最佳控制模式，雖然在一定程度上降低了計算量，但隨著子模塊數(shù)量的遞增，設(shè)計過于繁雜。
綜上所述，利用模型預(yù)測方法來實現(xiàn)MMC系統(tǒng)的有效控制，平衡子模塊直流側(cè)電容電壓，能夠有效提高暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)控制精度，但是隨著子模塊數(shù)量的不斷增加，對處理器提出了較為苛刻的要求，在實際系統(tǒng)中實現(xiàn)困難。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種采用模型預(yù)測控制的MMC裝置子模塊電容電壓平衡方法，可以最大限度減少現(xiàn)有模型預(yù)測技術(shù)的計算量。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種采用模型預(yù)測控制的MMC裝置子模塊電容電壓平衡方法，具體按照以下步驟實施：
步驟1：系統(tǒng)級主控CPU根據(jù)AD采樣調(diào)理電路送來的實時數(shù)據(jù)信號，結(jié)合電壓控制器的輸出和模型預(yù)測控制器，求得MMC主電路中各相的控制信號；
步驟2：相控電路利用從系統(tǒng)級主控CPU獲得的實時控制信息，結(jié)合所采集的各相子模塊電容電壓，利用子模塊電壓電壓控制器，將子模塊按電壓分級為放電組、充電組以及無差別對待組；
步驟3：脈沖分配環(huán)節(jié)結(jié)合系統(tǒng)主控電路輸出的控制信號和子模塊電壓分組情況，確定最終投入的子模塊，并生成相應(yīng)的觸發(fā)脈沖，通過驅(qū)動電路之后生成PWM信號，用以控制相應(yīng)開關(guān)器件IGBT的通斷，從而完成MMC裝置的子模塊電容電壓分組式模型預(yù)測控制。
本發(fā)明的特點還在于：
步驟1具體為：
步驟1.1：系統(tǒng)級主控CPU根據(jù)電壓霍爾傳感器實時采集的直流電壓信息Udc和直流側(cè)給定電壓，利用電壓控制器計算MMC主電路中系統(tǒng)側(cè)的有功電流分量，以該有功電流分量作為MMC主電路中系統(tǒng)側(cè)的有功電流給定值，即MMC主電路需要輸送的有功部分；無功電流給定根據(jù)MMC系統(tǒng)需要傳送的無功部分來確定；
步驟1.2：將有功電流給定和無功電流給定送入坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)dq/abc，即將電流分量從兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系下，從而得到系統(tǒng)A、B、C三相電流給定；之后，分別將三相電流給定與三相電流的測量值送入模型預(yù)測控制器；
步驟1.3：模型預(yù)測控制器以系統(tǒng)交流側(cè)電流跟蹤為控制目標(biāo)，為了最大限度減小處理器負(fù)擔(dān)，采用無差別對待各子模塊電容電壓的方法，通過判斷所投入的n個子模塊在上下橋臂n+1種不同投入組合模式下所獲得的電流偏差信息，獲得下一時刻能夠保證電流偏差最小的上下橋臂子模塊投入數(shù)量的組合模式npa、nna。
步驟2具體為：
步驟2.1：根據(jù)子模塊電壓期望值UdcN，結(jié)合從系統(tǒng)級獲得的子模塊直流側(cè)電壓的實時信息，可以獲得在時間T內(nèi)，k相第i個子模塊實測電壓的平均值為Udckvi，其中，k＝A，B，C；
步驟2.2：分以下三種情況對T時間內(nèi)的子模塊電壓平均值Udckvi進(jìn)行分組：
1)若Udckvi>m1UdcN，其中，m1>1，說明子模塊電壓平均值已經(jīng)較高，因此，在下一個開關(guān)動作周期需要對該子模塊進(jìn)行放電，因此將其歸為放電組N1；
2)若Udckvi<m2UdcN，其中，m2<1，說明子模塊電壓平均值偏低，在下一個開關(guān)動作周期需要對該子模塊進(jìn)行充電，因此將其歸為充電組N2；
3)若m1UdcN≥Udckvi≥m2UdcN，說明子模塊電壓平均值接近期望值，可以進(jìn)行無差別對待，即該子模塊無需進(jìn)行充放電過程，因此將其列為N3組。
步驟3具體為：
①若k相上橋臂處于放電狀態(tài)且下橋臂處于充電狀態(tài)則將優(yōu)先級設(shè)置為上橋臂N1組子模塊>N3組子模塊>N2組子模塊，下橋臂N2組子模塊>N3組子模塊>N1組子模塊，其中，k＝A，B，C，具體工作過程為：
步驟一：優(yōu)先投入N1組內(nèi)的上橋臂子模塊；若N1組內(nèi)上橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)大于npa，則對N1組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，投入電壓較高的npa個子模塊；若N1組上橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)小于npa，則N1組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓無需排序全部投入；優(yōu)先投入N2組內(nèi)的下橋臂子模塊，若N2組內(nèi)下橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)大于nna，則對N2組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，投入電壓較低的nna個子模塊；若N2組下橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)小于nna，則N2組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓無需排序全部投入，并進(jìn)入步驟二；
步驟二：若此時上橋臂還需投入的子模塊數(shù)小于N3組內(nèi)的上橋臂子模塊數(shù)量，則直接投入所需數(shù)量的N3組內(nèi)上橋臂子模塊；若N3組內(nèi)上橋臂子模塊全部投入后，所投入的上橋臂子模塊數(shù)仍小于npa，則N3組內(nèi)的上橋臂子模塊全部投入；若此時下橋臂還需投入的子模塊數(shù)小于N3組內(nèi)的下橋臂子模塊數(shù)量，則直接投入所需數(shù)量的N3組內(nèi)下橋臂子模塊；若N3組內(nèi)下橋臂子模塊全部投入后，所投入的下橋臂子模塊數(shù)仍小于nna，則N3組內(nèi)的下橋臂子模塊全部投入，并進(jìn)入下一步；
步驟三：對N2組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，優(yōu)先投入電容電壓較高的子模塊，直至上橋臂投入的子模塊數(shù)量等于npa，對N1組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，優(yōu)先投入電容電壓較低的子模塊，直至下橋臂投入的子模塊數(shù)量等于nna；
②若k相上橋臂處于充電狀態(tài)且下橋臂處于放電狀態(tài)則將優(yōu)先級設(shè)置為上橋臂N2組子模塊>N3組子模塊>N1組子模塊，下橋臂N1組子模塊>N3組子模塊>N2組子模塊，具體工作過程為：
步驟一：優(yōu)先投入N2組內(nèi)的上橋臂子模塊；若N2組內(nèi)上橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)大于npa，則對N2組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，投入電壓較低的npa個子模塊；若N2組上橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)小于npa，則N2組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓無需排序全部投入；優(yōu)先投入N1組內(nèi)的下橋臂子模塊，若N1組內(nèi)下橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)大于nna，則對N1組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，投入電壓較高的nna個子模塊；若N1組下橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)小于nna，則N1組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓無需排序全部投入，并進(jìn)入步驟二；
步驟二：若此時上橋臂還需投入的子模塊數(shù)小于N3組內(nèi)的上橋臂子模塊數(shù)量，則直接投入所需數(shù)量的N3組內(nèi)上橋臂子模塊；若N3組內(nèi)上橋臂子模塊全部投入后，所投入的上橋臂子模塊數(shù)仍小于npa，則N3組內(nèi)的上橋臂子模塊全部投入；若此時下橋臂還需投入的子模塊數(shù)小于N3組內(nèi)的下橋臂子模塊數(shù)量，則直接投入所需數(shù)量的N3組內(nèi)下橋臂子模塊；若N3組內(nèi)下橋臂子模塊全部投入后，所投入的下橋臂子模塊數(shù)仍小于nna，則N3組內(nèi)的下橋臂子模塊全部投入，并進(jìn)入下一步；
步驟三：對N1組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，優(yōu)先投入電容電壓較低的子模塊，直至上橋臂投入的子模塊數(shù)量等于npa，對N2組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，優(yōu)先投入電容電壓較高的子模塊，直至下橋臂投入的子模塊數(shù)量等于nna；
③根據(jù)以上步驟確定需投入和切除的具體子模塊后，通過相控電路產(chǎn)生所對應(yīng)的脈沖信息，經(jīng)驅(qū)動電路之后生成PWM信號，用以控制相應(yīng)開關(guān)器件IGBT的通斷。
上橋臂或下橋臂處于充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，根據(jù)電壓電流方向判斷：當(dāng)系統(tǒng)側(cè)相電壓和相電流方向一致時，整個相單元處于充電狀態(tài)，否則該相單元處于放電狀態(tài)；對于各相上橋臂、下橋臂來說又可以進(jìn)行如下劃分：
①當(dāng)系統(tǒng)側(cè)相電流為正時，該相上橋臂處于放電狀態(tài)，下橋臂子模塊處于充電狀態(tài)；
②當(dāng)系統(tǒng)側(cè)相電流為負(fù)時，該相上橋臂處于充電狀態(tài)，下橋臂子模塊處于放電狀態(tài)。
本發(fā)明的有益效果是：
①本發(fā)明一種采用模型預(yù)測控制的MMC裝置子模塊電容電壓平衡方法，由于模型預(yù)測控制器能夠保留MMC系統(tǒng)的非線性因素，避免了傳統(tǒng)PI或PR控制器難以應(yīng)當(dāng)運行工況變化等問題，提高了MMC系統(tǒng)的暫態(tài)性能；
②本發(fā)明一種采用模型預(yù)測控制的MMC裝置子模塊電容電壓平衡方法中所采用的模型預(yù)測控制器僅以系統(tǒng)側(cè)電流跟蹤為目標(biāo)，有效避免了目前模型預(yù)測控制在MMC系統(tǒng)應(yīng)用中隨子模塊數(shù)增加計算量幾何倍數(shù)增長的問題，大大減輕了處理器的負(fù)擔(dān)，同時提高了電流質(zhì)量；
③本發(fā)明一種采用模型預(yù)測控制的MMC裝置子模塊電容電壓平衡方法，子模塊電壓控制器無需對所有子模塊電容電壓進(jìn)行排序，但對于子模塊電容電壓偏離較大的情況又進(jìn)行了充分的考慮，因此，在減少工作量的同時又能有效保證子模塊電容電壓的平衡控制。
附圖說明
圖1是本發(fā)明MMC裝置子模塊電容電壓平衡方法的原理流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明中MMC控制電路包括系統(tǒng)級和相控級，系統(tǒng)級包括AD采樣調(diào)理電路和主控CPU，AD采樣調(diào)理電路將電壓互感器、電流互感器和系統(tǒng)級直流電壓霍爾傳感器以及各相2N路霍爾傳感器送入的信息接入系統(tǒng)級控制電路，系統(tǒng)級控制電路將生成的控制信號送入相控級控制電路。
相控級控制電路結(jié)合系統(tǒng)級送入的子模塊直流側(cè)電容電壓信息、充放電狀態(tài)和模型預(yù)測控制器輸出的控制信息生成，通過子模塊電壓控制器對子模塊電容電壓進(jìn)行分級和脈沖分配，最終生成的觸發(fā)脈沖信號通過驅(qū)動電路后接入MMC中各子模塊單元中對應(yīng)全控電力電子器件IGBT的受控端。
系統(tǒng)級控制電路包括電壓控制器、模型預(yù)測控制器；
相控級CPU包括子模塊電壓控制器；
AD采樣調(diào)理電路由比例電路、反相電路和抗混疊濾波電路、偏置電路、限幅保護(hù)電路組成，具體參見《測量電子電路設(shè)計：濾波器篇(從濾波器設(shè)計到鎖相放大器的應(yīng)用)》(遠(yuǎn)坂俊昭著，彭軍譯，科學(xué)出版社，2006)，用AD采樣調(diào)理電路將經(jīng)電壓互感器、電流互感器和直流電壓霍爾傳感器傳送過來的信號調(diào)理成系統(tǒng)級主控CPU可以接受的信號；
系統(tǒng)級主控CPU，采用芯片TMS320F28335，根據(jù)AD采樣電路送過來的電壓電流信息和獲得相控級所需的基本控制信息；
相控級CPU采用芯片TMS320F28335，根據(jù)從系統(tǒng)級主控CPU中所獲得的基本控制信息、子模塊直流側(cè)電容電壓和充放電狀態(tài)，利用子模塊電壓控制器生成PWM脈沖，該脈沖經(jīng)驅(qū)動電路具體見《電力電子技術(shù)》(王兆安，劉進(jìn)軍，機械工業(yè)出版社，2009.5)，驅(qū)動之后轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢灾苯佑|發(fā)電力電子全控器件IGBT的PWM信號。
本發(fā)明一種采用模型預(yù)測控制的MMC裝置子模塊電容電壓平衡方法，如圖1所示，具體按照以下步驟實施：
步驟1：系統(tǒng)級主控CPU根據(jù)AD采樣調(diào)理電路送來的實時數(shù)據(jù)信號，結(jié)合電壓控制器的輸出和模型預(yù)測控制器，求得MMC主電路中各相的控制信號，具體為：
步驟1.1：系統(tǒng)級主控CPU根據(jù)電壓霍爾傳感器實時采集的直流電壓信息Udc和直流側(cè)給定電壓，利用電壓控制器計算MMC主電路中系統(tǒng)側(cè)的有功電流分量，以該有功電流分量作為MMC主電路中系統(tǒng)側(cè)的有功電流給定值，即MMC主電路需要輸送的有功部分；無功電流給定根據(jù)MMC系統(tǒng)需要傳送的無功部分來確定；
步驟1.2：將有功電流給定和無功電流給定送入坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)dq/abc，即將電流分量從兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系下，從而得到系統(tǒng)A、B、C三相電流給定；之后，分別將三相電流給定與三相電流的測量值送入模型預(yù)測控制器；
步驟1.3：模型預(yù)測控制器以系統(tǒng)交流側(cè)電流跟蹤為控制目標(biāo)，為了最大限度減小處理器負(fù)擔(dān)，采用無差別對待各子模塊電容電壓的方法，通過判斷所投入的n個子模塊在上下橋臂n+1種不同投入組合模式下所獲得的電流偏差信息，獲得下一時刻能夠保證電流偏差最小的上下橋臂子模塊投入數(shù)量的組合模式npa、nna。
步驟2：相控電路利用從系統(tǒng)級主控CPU獲得的實時控制信息，結(jié)合所采集的各相子模塊電容電壓，利用子模塊電壓電壓控制器，將子模塊按電壓分級為放電組、充電組以及無差別對待組，具體為：
步驟2.1：根據(jù)子模塊電壓期望值UdcN，結(jié)合從系統(tǒng)級獲得的子模塊直流側(cè)電壓的實時信息，可以獲得在時間T內(nèi)，k相第i個子模塊實測電壓的平均值為Udckvi，其中，k＝A，B，C；
步驟2.2：分以下三種情況對T時間內(nèi)的子模塊電壓平均值Udckvi進(jìn)行分組：
1)若Udckvi>m1UdcN，其中，m1>1，說明子模塊電壓平均值已經(jīng)較高，因此，在下一個開關(guān)動作周期需要對該子模塊進(jìn)行放電，因此將其歸為放電組N1；
2)若Udckvi<m2UdcN，其中，m2<1，說明子模塊電壓平均值偏低，在下一個開關(guān)動作周期需要對該子模塊進(jìn)行充電，因此將其歸為充電組N2；
3)若m1UdcN≥Udckvi≥m2UdcN，說明子模塊電壓平均值接近期望值，可以進(jìn)行無差別對待，即該子模塊無需進(jìn)行充放電過程，因此將其列為N3組。
其中m1和m2可首先結(jié)合PSCAD軟件選擇最優(yōu)參數(shù)，之后在實際系統(tǒng)中進(jìn)行小幅調(diào)整，以確定其最終值。
步驟3：脈沖分配環(huán)節(jié)結(jié)合系統(tǒng)主控電路輸出的控制信號和子模塊電壓分組情況，確定最終投入的子模塊，并生成相應(yīng)的觸發(fā)脈沖，通過驅(qū)動電路之后生成PWM信號，用以控制相應(yīng)開關(guān)器件IGBT的通斷，從而完成MMC裝置的子模塊電容電壓分組式模型預(yù)測控制，具體為：
①若k相上橋臂處于放電狀態(tài)且下橋臂處于充電狀態(tài)則將優(yōu)先級設(shè)置為上橋臂N1組子模塊>N3組子模塊>N2組子模塊，下橋臂N2組子模塊>N3組子模塊>N1組子模塊，其中，k＝A，B，C，具體工作過程為：
步驟一：優(yōu)先投入N1組內(nèi)的上橋臂子模塊；若N1組內(nèi)上橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)大于npa，則對N1組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，投入電壓較高的npa個子模塊；若N1組上橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)小于npa，則N1組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓無需排序全部投入；優(yōu)先投入N2組內(nèi)的下橋臂子模塊，若N2組內(nèi)下橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)大于nna，則對N2組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，投入電壓較低的nna個子模塊；若N2組下橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)小于nna，則N2組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓無需排序全部投入，并進(jìn)入步驟二；
步驟二：若此時上橋臂還需投入的子模塊數(shù)小于N3組內(nèi)的上橋臂子模塊數(shù)量，則直接投入所需數(shù)量的N3組內(nèi)上橋臂子模塊；若N3組內(nèi)上橋臂子模塊全部投入后，所投入的上橋臂子模塊數(shù)仍小于npa，則N3組內(nèi)的上橋臂子模塊全部投入；若此時下橋臂還需投入的子模塊數(shù)小于N3組內(nèi)的下橋臂子模塊數(shù)量，則直接投入所需數(shù)量的N3組內(nèi)下橋臂子模塊；若N3組內(nèi)下橋臂子模塊全部投入后，所投入的下橋臂子模塊數(shù)仍小于nna，則N3組內(nèi)的下橋臂子模塊全部投入，并進(jìn)入下一步；
步驟三：對N2組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，優(yōu)先投入電容電壓較高的子模塊，直至上橋臂投入的子模塊數(shù)量等于npa，對N1組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，優(yōu)先投入電容電壓較低的子模塊，直至下橋臂投入的子模塊數(shù)量等于nna；
②若k相上橋臂處于充電狀態(tài)且下橋臂處于放電狀態(tài)則將優(yōu)先級設(shè)置為上橋臂N2組子模塊>N3組子模塊>N1組子模塊，下橋臂N1組子模塊>N3組子模塊>N2組子模塊，具體工作過程為：
步驟一：優(yōu)先投入N2組內(nèi)的上橋臂子模塊；若N2組內(nèi)上橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)大于npa，則對N2組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，投入電壓較低的npa個子模塊；若N2組上橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)小于npa，則N2組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓無需排序全部投入；優(yōu)先投入N1組內(nèi)的下橋臂子模塊，若N1組內(nèi)下橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)大于nna，則對N1組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，投入電壓較高的nna個子模塊；若N1組下橋臂子模塊全部投入后子模塊數(shù)小于nna，則N1組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓無需排序全部投入，并進(jìn)入步驟二；
步驟二：若此時上橋臂還需投入的子模塊數(shù)小于N3組內(nèi)的上橋臂子模塊數(shù)量，則直接投入所需數(shù)量的N3組內(nèi)上橋臂子模塊；若N3組內(nèi)上橋臂子模塊全部投入后，所投入的上橋臂子模塊數(shù)仍小于npa，則N3組內(nèi)的上橋臂子模塊全部投入；若此時下橋臂還需投入的子模塊數(shù)小于N3組內(nèi)的下橋臂子模塊數(shù)量，則直接投入所需數(shù)量的N3組內(nèi)下橋臂子模塊；若N3組內(nèi)下橋臂子模塊全部投入后，所投入的下橋臂子模塊數(shù)仍小于nna，則N3組內(nèi)的下橋臂子模塊全部投入，并進(jìn)入下一步；
步驟三：對N1組內(nèi)上橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，優(yōu)先投入電容電壓較低的子模塊，直至上橋臂投入的子模塊數(shù)量等于npa，對N2組內(nèi)下橋臂子模塊電容電壓進(jìn)行排序，優(yōu)先投入電容電壓較高的子模塊，直至下橋臂投入的子模塊數(shù)量等于nna；
③根據(jù)以上步驟確定需投入和切除的具體子模塊后，通過相控電路產(chǎn)生所對應(yīng)的脈沖信息，經(jīng)驅(qū)動電路之后生成PWM信號，用以控制相應(yīng)開關(guān)器件IGBT的通斷。
其中，上橋臂或下橋臂處于充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，根據(jù)電壓電流方向判斷：當(dāng)系統(tǒng)側(cè)相電壓和相電流方向一致時，整個相單元處于充電狀態(tài)，否則該相單元處于放電狀態(tài)；對于各相上橋臂、下橋臂來說又可以進(jìn)行如下劃分：
①當(dāng)系統(tǒng)側(cè)相電流為正時，該相上橋臂處于放電狀態(tài)，下橋臂子模塊處于充電狀態(tài)；
②當(dāng)系統(tǒng)側(cè)相電流為負(fù)時，該相上橋臂處于充電狀態(tài)，下橋臂子模塊處于放電狀態(tài)。
本發(fā)明將模型預(yù)測方法、子模塊電容電壓平衡控制方法以及脈沖分配環(huán)節(jié)引入到MMC系統(tǒng)控制中，在保留MMC系統(tǒng)非線性特性的同時，也有效保證了MMC系統(tǒng)的子模塊電容電壓控制，顯著提高了系統(tǒng)的控制精度，減輕了處理器負(fù)擔(dān)。